花生聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置試驗(yàn)研究

唐　蓓，盧澤民，貢　軍，王業(yè)球

(江蘇大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 鎮(zhèn)江　212013)

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花生聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置試驗(yàn)研究

唐蓓，盧澤民，貢軍，王業(yè)球

(江蘇大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 鎮(zhèn)江212013)

摘要：進(jìn)行了半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)花生脫出物組成成分的比例、組成成分尺寸和外形差異、懸浮速度，以及摘果輥下方分布等清選特性試驗(yàn)和檢測(cè)。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的清選裝置安裝在半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)上，進(jìn)行了田間正交試驗(yàn)，得到了影響清選性能的因素主次順序?yàn)檎駝?dòng)篩頻率、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、振動(dòng)篩傾角、風(fēng)機(jī)出風(fēng)口角度；最優(yōu)參數(shù)組合為振動(dòng)篩頻率7Hz,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速900r/min，振動(dòng)篩傾角8°，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口角度17°。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的清選裝置能應(yīng)用到國(guó)產(chǎn)某型號(hào)花生聯(lián)合收獲機(jī)上，經(jīng)田間收獲試驗(yàn)驗(yàn)證，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：花生聯(lián)合收獲機(jī)；清選；特性；正交試驗(yàn)

0引言

我國(guó)是世界花生種植第一大國(guó)，常年種植面積在400萬(wàn)hm2以上。近年來(lái)，花生種植面積出現(xiàn)下滑趨勢(shì)，一個(gè)重要的原因在于花生生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度大、用工成本高，特別是收獲作業(yè)，用工量占花生全部生產(chǎn)過(guò)程的1/3以上，作業(yè)成本占生產(chǎn)總成本的50%以上?；ㄉ?lián)合收獲機(jī)可以一次完成挖掘、清土、摘果、果雜分離、果實(shí)收集和秧蔓處理等收獲作業(yè)的全部工序，生產(chǎn)率比人工高25倍以上，可降低作業(yè)成本、縮短花生收獲時(shí)間，是目前集合度最高、也是促進(jìn)花生機(jī)械化發(fā)展極為重要的花生收獲機(jī)械技術(shù)[1-2]。

清選裝置是花生聯(lián)合收獲機(jī)的重要組成部分，其工作性能直接影響到損失率及含雜率等指標(biāo)[3]。根據(jù)作業(yè)要求和市場(chǎng)調(diào)查，自走式花生聯(lián)合收獲機(jī)含雜率以不大于3.0%為宜，但目前國(guó)產(chǎn)機(jī)型的含雜率普遍在5.0%左右[4]。清選性能影響花生聯(lián)合收獲機(jī)整體性能和推廣使用，因此需對(duì)其清選機(jī)理作進(jìn)一步研究，找出關(guān)鍵的影響因素，進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1花生脫出物特性研究

花生脫出物特性包括形態(tài)特性、物理特性及空氣動(dòng)力學(xué)特性等，這些特性影響脫出物在篩面和氣流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律[5-6]。本文中花生脫出物是指花生植株經(jīng)摘果輥摘下未經(jīng)清選的混合物，具體特性包括脫出物組成成分的比例、組成成分尺寸和外形差異、懸浮速度和摘果輥下方分布。用國(guó)產(chǎn)4HBL-2型花生聯(lián)合收獲機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，切斷振動(dòng)篩和風(fēng)機(jī)的動(dòng)力，在振動(dòng)篩上鋪上油布；隨機(jī)選取一段長(zhǎng)勢(shì)均勻成熟的花生田地，機(jī)具以1.1m/s的行走速度收獲作業(yè)10m，油布接取的物料即為花生脫出物。試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)后進(jìn)行測(cè)量及稱(chēng)重實(shí)驗(yàn)儀器如表1所示。

表1　試驗(yàn)儀器

1.1花生脫出物組成

花生脫出物的組成包括花生莢果、莖稈、花生葉、泥土和輕雜物。輕雜物是地膜、草屑等，本次試驗(yàn)中輕雜物含量很少，可忽略不計(jì)。試驗(yàn)得到脫出物各組成質(zhì)量比如表2所示，除花生莢果外，雜質(zhì)中泥土與莖稈比例較大，作為主要清選對(duì)象考慮。

1.2脫出物中莖稈長(zhǎng)度差異

試驗(yàn)得到脫出物中，長(zhǎng)度在50～80mm的莖稈占據(jù)比例最大，其次在80～130mm，如圖1所示。

表2　脫出物各成分質(zhì)量比

圖1　脫出物莖稈長(zhǎng)度分布

1.3脫出物中花生大小差異

一株健康成熟的花生植株，大約有15～40個(gè)花生莢果。莢果形態(tài)有成熟雙?；蚨嗔?、成熟或未成熟單粒、未成熟雙粒或多粒。

若將花生莢果看作一個(gè)長(zhǎng)方體，則長(zhǎng)、寬、高3個(gè)尺寸相乘，以乘積表示花生莢果的大小，根據(jù)測(cè)量可知，不成熟度的花生莢果均小于1 000mm3；成熟單粒、未成熟雙粒、未成熟多粒大小介于1 000mm3～10 000mm3；成熟花生莢果大小均大于10 000mm3，花生體積分布如圖2所示，花生體積分布比例如圖3所示。

圖2　花生體積分布

圖3　花生體積分布比例

1.4脫出物懸浮速度

長(zhǎng)度小于50mm視為短莖稈，大于50mm視為長(zhǎng)莖稈，測(cè)量結(jié)果如表3所示。

1)成熟花生莢果懸浮速度最大，其次為未成熟花生莢果和長(zhǎng)莖稈，輕雜物最小。

2)花生莢果與雜質(zhì)懸浮速度相差較大，可以采用氣流清選實(shí)現(xiàn)花生莢果與雜質(zhì)分離。

表3　脫出物懸浮速度

1.5脫出物在摘果輥下方的分布

將摘果輥下方的油布按摘果輥水平長(zhǎng)度平均分為3段，分別收取各部分的脫出物，對(duì)脫出物中花生莢果、泥土、花生葉、莖稈進(jìn)行稱(chēng)重，得到如圖4所示結(jié)果?；ㄉv果和泥土集中在前部，莖桿和花生葉集中在中后部。

圖4　脫出物在摘果輥下方分布

2清選裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1清選裝置設(shè)計(jì)要求

該清選裝置作為一個(gè)部件安裝在國(guó)產(chǎn)某型號(hào)半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)上，需與其他部件結(jié)合合理，無(wú)干涉，能夠?qū)崿F(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)。該裝置應(yīng)保證花生莢果和雜質(zhì)順利分離，并把雜質(zhì)清出機(jī)外，滿(mǎn)足含雜率不大于3%的要求；應(yīng)滿(mǎn)足清選過(guò)程中，少出現(xiàn)或不出現(xiàn)清選損失；應(yīng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，滿(mǎn)足種植戶(hù)經(jīng)濟(jì)條件的要求。

2.2清選裝置設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)花生收獲機(jī)械的清選裝置普遍采用風(fēng)扇篩子式。風(fēng)扇篩子式清選利用脫出物各組成部分的尺寸特性和空氣動(dòng)力學(xué)特性，采用振動(dòng)篩和風(fēng)機(jī)配合方式進(jìn)行分離篩選[7-8]。根據(jù)對(duì)國(guó)產(chǎn)花生聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置的考察分析及花生聯(lián)合收獲機(jī)脫出物清選特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出花生聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置設(shè)計(jì)方案，如圖5所示。

表4　清選裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.逐稿器　2.編織篩　3.吊桿　4.偏心機(jī)構(gòu)

工作時(shí)，花生植株經(jīng)過(guò)一對(duì)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的摘果輥，摘果輥摘下花生莢果及雜質(zhì)，落到振動(dòng)篩上。根據(jù)花生外形差異試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇方孔編織篩，方孔尺寸為10mm。振動(dòng)篩往復(fù)振動(dòng)，向后拋送脫出物，泥土和外形乘積小于1 000mm3的未成熟花生莢果透過(guò)編織篩孔掉落。風(fēng)機(jī)布置在編織篩尾部，當(dāng)脫出物繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)到逐稿器位置，在風(fēng)機(jī)斜向上的風(fēng)力作用下，成熟花生莢果以外的雜質(zhì)吹出花生聯(lián)合收獲機(jī)機(jī)體外，成熟花生莢果透過(guò)風(fēng)力落入輸送裝置。振動(dòng)篩尾部的逐稿器能防止脫出物中的長(zhǎng)莖稈落入輸送裝置，根據(jù)莖稈尺寸差異試驗(yàn)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度在50～80mm區(qū)間內(nèi)的莖稈最多，逐稿器間距選為40mm[9-11]。

3試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1正交試驗(yàn)試驗(yàn)方案

將清選裝置安裝到花生聯(lián)合收獲機(jī)上，進(jìn)行清選試驗(yàn)，田間試驗(yàn)條件如表5所示。選擇振動(dòng)篩傾角和頻率、 風(fēng)機(jī)出風(fēng)口角度和轉(zhuǎn)速為清選裝置正交試驗(yàn)因素。該正交試驗(yàn)中僅以含雜率作為考察指標(biāo)，按正交試驗(yàn)表L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn)，因素水平安排如表6所示。

表5　試驗(yàn)條件

表6清選裝置正交試驗(yàn)因素水平

Table 6Factors and levels of orthogonal experiment in cleaning device

水平因素A振動(dòng)篩頻率/HzB風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速/r·min-1C振動(dòng)篩傾角/(°)D風(fēng)機(jī)出風(fēng)口角度/(°)157008252680062137900417

田間試驗(yàn)時(shí)，花生聯(lián)合收獲機(jī)按試驗(yàn)要求的因素水平作業(yè)，行走速度1.1m/s，作業(yè)長(zhǎng)度10m，每次試驗(yàn)結(jié)束后在集果箱收集花生。每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，以接取的花生總質(zhì)量、成熟花生莢果質(zhì)量計(jì)算含雜率。

3.2正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)清選裝置的正交試驗(yàn)安排，得出每個(gè)試驗(yàn)號(hào)下含雜率，如表7所示。經(jīng)分析得清選裝置最優(yōu)工作參數(shù)組合為振動(dòng)篩頻率7Hz,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速900r/min，振動(dòng)篩傾角8°，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口角度17°。

正交試驗(yàn)方案中沒(méi)有該優(yōu)組合，故將優(yōu)組合進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。調(diào)節(jié)清選裝置參數(shù)到優(yōu)組合后，重復(fù)試驗(yàn)3次，取平均值，得到優(yōu)組合下含雜率為0.3%，小于表7中所有正交試驗(yàn)結(jié)果。因此，由正交試驗(yàn)得到的優(yōu)組合是花生聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置的最優(yōu)工作參數(shù)。

表7　正交試驗(yàn)結(jié)果

4結(jié)論和展望

1)由花生脫出物特性試驗(yàn)得：雜質(zhì)中泥土和莖稈占據(jù)較大的比例；長(zhǎng)度在50～80mm的莖稈最多；振動(dòng)篩前段脫出物最多；成熟花生的懸浮速度最大且與其他成分的懸浮速度有較大差異。

2)該清選裝置的正交試驗(yàn)得到：影響含雜率因素的主次順序是振動(dòng)篩頻率、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、振動(dòng)篩傾角、風(fēng)機(jī)出風(fēng)口角度；最優(yōu)工作參數(shù)組合是振動(dòng)篩頻率7Hz，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速900r/min，振動(dòng)篩傾角8°，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口角度17°。

3)經(jīng)田間試驗(yàn)驗(yàn)證:該清選裝置的含雜率符合NY/T502-2002《花生收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量》中含雜率不大于3.0%的標(biāo)準(zhǔn)，清選效果好，收獲的花生潔凈率高，為后續(xù)的晾曬儲(chǔ)存提供了方便。

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Experimental Investigation on Cleaning Device of Peanut Combine Harvester

Tang Bei， Lu Zemin， Guo Jun, Wang Yeqiu

(Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology，Ministry of Education & Jiangsu Province，Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

Abstract：The cleaning characteristic tests of peanut combine harvester were done, such as the peanut mixture component ratio, component shape difference, suspension velocity and components distribution under picking rollers.This cleaning device after optimizing design installed in the peanut combine harvester and did experiments in the field. Based on the analysis of the experiment results ,the order affecting the performance of the cleaning device is frequency of vibrating sieve , speed of the fan, angle of vibrating sieve, outlet angle of fan .The optimal parameters is that frequency of vibrating sieve is 7Hz,speed of the fan is 900r/min, angle of vibrating sieve is 8° and outlet angle of fan is 17°.The optimized design of the cleaning device can be applied to a certain type of domestic peanut combine harvester and this device meets the design requirements after field experiments.

Key words：peanut combine harvester; cleaning; characteristic; orthogonal experiment

文章編號(hào)：1003-188X(2016)03-0191-05

中圖分類(lèi)號(hào)：S225.7+3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：唐蓓(1988-)，女，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，(E-mail)tangbei_2015@163.com。通訊作者：盧澤民(1967-)，男，江蘇泰州人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)luzm@mail.ujs.edu.cn。

基金項(xiàng)目：國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新工程試點(diǎn)省和合蕪蚌自主創(chuàng)新綜合試驗(yàn)區(qū)專(zhuān)項(xiàng)(13Z03023)

收稿日期：2015-03-16